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2018-07-02 15:09:39  hgy

云南农业大学等利用第三代测序技术揭示疣粒野生稻的适应性进化机制

2018629日,Communications Biology在线发表了云南农业大学罗琼教授、中国农业科学院农业基因组研究所崔鹏研究员与中国科学院遗传与发育生物学研究所程祝宽研究员为通讯作者的题为“De novo genome assembly of Oryza granulate reveals rapid genome expansion and adaptive evolution”的研究论文。

云南是我国野生稻最为密集分布的区域,被认为是世界范围内水稻的起源中心之一。云南的野生稻包括普通野生稻、药用野生稻和疣粒野生稻。前两者已经基本在云南消失了,只有疣粒野生稻是目前唯一在其原生境还能采集到标本的野生稻。野生稻因保存有栽培稻不具备的或已经消失的优异遗传基因,是改良栽培稻产量与品质,提高抗病虫害及逆境能力的重要基因库。加强对云南疣粒野生稻的保护和利用,有着极其重要的理论和应用意义。

利用第二代及第三代基因组测序技术,对疣粒野生稻的基因组进行了从头测序和组装,获得了大小约为777 Mb的基因组序列。发现LTR逆转座子的快速扩张,尤其是RIRE2,导致疣粒野生稻在物种形成后基因组大小增加了一倍。更为重要的是,拥有GG基因组的疣粒野生稻,是唯一一个着丝粒序列没有获得解析的二倍体基因组。研究发现该基因组中不含有着丝粒串联重复序列,而gypsyLTR逆转座子是其最主要的着丝粒重复元件。正是由于缺少着丝粒串联重复序列,使得疣粒野生稻的着丝粒与其它所有稻属基因组表现出非常明显的区别。在疣粒野生稻中共预测出40116个蛋白质编码基因,这与栽培稻较为接近。同时,参与光合作用和能量代谢的基因数目和功能均经历了正向选择,表明在疣粒野生稻进化过程中,这些基因的分化有助于其适应弱光的生境。

该项研究揭示了疣粒野生稻快速基因组扩张、独特的着丝粒结构及其适应性进化的分子机制。云南农业大学博士生吴志刚、杨睿和中国农学院农业基因组所方东明副研究员为该文章的共同第一作者。云南农业大学罗琼教授、中国科学院遗传与发育生物学研究所程祝宽研究员和中国农业科学院农业基因组研究所崔鹏研究员为该文章的通讯作者。相关研究得到国家自然科学基金云南省联合基金重点项目,以及国家转基因专项重点课题的资助。



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